专利名称：一种工业硅冶炼异常处理方法
技术领域：
本发明属于工业硅冶炼技术领域，尤其涉及一种工业硅冶炼异常处理方法。
背景技术：
目前，工业硅冶炼一般采用碳热还原法；即在矿热炉内，通过电极将电能转换成热能，使炉内的硅石与还原剂(木炭、石油焦、烟煤等碳材料)进行反应制备工业硅。如图1所示，其中A为电极，矿热炉从上到下分为5个区1为预热区，2为炽热区， 3为熔化区，4为反应区，5为硅水区。在生产工业硅的过程中，由于还原剂的选取、原料配比不同、操作参数的差别等原因，不可避免地会出现各种炉况异常的现象。常见的炉况异常现象有①炉底上涨指炉缸底部硅水区内未熔融物和半熔融物沉积层增高，而造成硅熔体和反应区上升，出炉时硅液不能通畅地流出。另外，还原剂过量，过量的碳与硅反应生成大量的碳化硅也将引起炉底上涨。②刺火炉膛上部(即1、2、3区)的局部炉料发死时，气体不能沿着整个料面自由逸出，就会在沉料层(即2、3区)的最松散的部位冲出，形成“刺火”。刺火孔会放出大量热量和已还原的硅及其他氧化物，这不仅会造成热能和熔炼产物的大量损失，增大原料和电能的消耗，还会使炉缸上部的温度还会升高，影响电极装置和其他靠近炉面的设备和部件。以上异常问题若不及时处理或处理不当，熔炼产物和热量大量损失。最终将导致操作困难，电耗高，质量下降，无法正常生产，只能被迫停炉，造成很大的经济损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中，工业硅冶炼过程中常常出现炉底上涨、刺火等异常现象，从而提供一种将炉况异常转化为正常的工业硅冶炼异常处理方法。—种工业硅冶炼异常处理方法，其包括将调炉料加入到冶炼异常的矿热炉中，在 2350 3000°C的高温下冶炼，直至炉况正常；所述调炉料为包括硅石和碳化硅混合压制而成的块料或者球料，其中硅石和碳化硅的质量比为0.7 1 2.3 1，所述硅石的粒度小于等于10mm，所述碳化硅的粒度小于等于6mm。本发明所提供的工业硅冶炼异常处理方法，不用停炉、简单易行，可以有效解决冶炼过程中异常问题，而且还原剂利用率高，不减少硅的出炉率，热量损失少等优点。
图1是矿热炉冶炼状态下的剖面示意图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。一种工业硅冶炼异常处理方法，其包括将调炉料加入到冶炼异常的矿热炉中，在 2350 3000°C的高温下冶炼，直至炉况正常；所述调炉料为包括硅石和碳化硅混合压制而成的块料或者球料，其中硅石和碳化硅的质量比为0.7 1 2.3 1，所述硅石的粒度小于等于10mm，所述碳化硅的粒度小于等于6mm。其中，硅石为本领域技术人员所公知，是常用的工业硅冶炼的硅源，其主要成分为二氧化硅。本发明优选硅石中二氧化硅的含量大于98wt%。优选情况下，本发明的硅石的粒度在2 6mm，保证硅石与碳化硅有大的接触面积，充分反应，同时防止过小颗粒的硅石表面引入杂质。碳化硅亦为本领域技术人员所公知的物质。本发明优选碳化硅的纯度大于 97wt%。优选情况下，本发明的碳化硅的粒度小于等于3mm，保证碳化硅与硅石具有较大的反应面积，保证碳化硅在反应区完全反应，不会下沉到硅水区或者炉底。优选情况下，调炉料中硅石和碳化硅的质量比为1.0 1 1.8 1。本发明优选调炉料中硅石和碳化硅的比例，可以根据炉况异常的原因进行调整。 若在冶炼中观察到电流升高、料面松散、频繁塌料等现象时，可提高硅石的配比；若在冶炼中观察到电流摆动剧烈、电极下降后上抬、料面粘稠发死、局部刺火等现象时，可降低硅石配比。其中，压制为本领域技术人员所公知的操作；一般是指在模具或其他容器中，在外力作用下，将粉末密实成具有规定形状和尺寸的工艺过程。本发明优选调炉料压制成块料或者球料。压制时可以加入粘结剂，也可以不加入粘结剂。本发明优选加入粘结剂。其中，粘结剂优选为煤浙青、石油浙青、环氧树脂、呋喃树脂、纸浆废液浓缩物中一种或几种。纸浆废液浓缩物为本领域技术人员所公知的物质。其可以通过商购获得。以调炉料的总质量为基准，粘结剂的占3 15wt%。将一定配比的硅石、碳化硅以及粘结剂，充分混合均勻；然后送入压制机中压制成预定形状。控制压制后的粒度为15 80mm。本发明的方法还包括，将调炉料和工业硅冶炼的原料一起投入到矿热炉中。其中，工业硅冶炼原料为本领域技术人员所公知的，即正常冶炼情况下投入到矿热炉中的反应原料，一般包括硅石和还原剂。还原剂一般为木炭、石油焦、烟煤或者其混合物等。优选情况下，调炉料和工业硅冶炼原料的重量比为0. 1 1 4 1。本发明的发明人经过大量实践和分析得知造成炉底上涨的主要原因是反应高温区上移，炉底料未完全反应，形成大量的炉渣。此外，还原剂过量，炉底生成碳化硅也造成炉底上涨。本发明通过添加剂调炉料到矿热炉中，由于碳化硅的比电阻在6000 50000Ω .m, 而还原剂中石油焦煅烧后的比电阻只有(3.7 6. 5) X ΙΟ"4 Ω ·πι，而木炭的比电阻在0.9 2.6Ω ·πι。从以上数据看来，碳化硅的具有很大的比电阻，从而使整个调炉料具有较大的电阻，有利于电极的深埋，使反应高温区下移，使那些没有及时反应的炉底料重新反应，从而减少炉底料，使硅液顺畅的流出。对于还原剂过剩造成的炉底上涨，将硅石配比过量的调炉料投入到矿热炉中，由于调炉料的比电阻大，有利于电极深埋，使高温区下移，同时调炉料中过量的硅石与炉底、炉壁沉积的碳化硅反应得到硅的同时消耗碳化硅从而消除炉底上涨。本发明中使用碳化硅，碳化硅在矿热炉中，与冶炼体系中的一氧化硅、二氧化硅反应也生成硅。反应式如下SiO+SiC == 2Si+C0 个Si02+2SiC == 3Si+2C0 Si02+SiC+C = = 2Si+2C0 所以调炉料不会减少硅液的出炉量，并且还可以起到增加产量的作用。并且其产生的一氧化碳相对木炭等还原剂大大减少。气体减少，气体可以自由逸出，消除刺火现象。 碳化硅还具有强度高、高温不烧结的特点，从而有利于提高料面的透气性。以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。以下实施例均在容量为6300KVA的矿热炉中进行。实施例1硅石二氧化硅含量为99wt%，破碎至粒度小于8mm。碳化硅纯度为98wt%，破碎至粒度小于6mm。粘结剂石油浙青、环氧树脂将硅石和碳化硅以质量比1. 1 1进行配比，同时加入硅石和碳化硅总量的石油浙青以及^t %的环氧树脂，混合均勻，然后在压机上压制成粒度为50mm的球体。制成调炉料Al。当冶炼过程中出现炉底上涨、刺火等冶炼异常现象时，将制备好的调炉料Al加入到矿热炉中进行冶炼。随着调炉料冶炼的进行，可以看出电流逐渐趋于稳定，电极可以慢慢下插，料面透气性明显改善，气体从料面均勻的冒出。当炉况即将转为正常、电极下插接近炉底时，停止调炉料的使用，投入正常料进行冶炼生产。实施例2硅石二氧化硅含量为99wt%，破碎至粒度小于10mm。碳化硅纯度为98wt%，破碎至粒度小于6mm。粘结剂煤浙青(硅石与碳化硅的总量的IOwt% )在混捏锅中加热熔融煤浙青，将质量比为2. 2 1的硅石和碳化硅加入混捏锅中， 使三者充分混合均勻。然后送入到压制机中压制成直径为40mm，高60mm的圆柱体。制成调炉料A2。当冶炼过程中出现炉底上涨、刺火等冶炼异常现象时，将制备好的调炉料A2加入到矿热炉中进行冶炼。随着调炉料冶炼的进行，可以看出，电流逐渐趋于稳定，电极可以慢慢下插，料面透气性明显改善，气体从料面均勻的冒出。当炉况即将转为正常、电极下插接近炉底时，停止调炉料的使用，投入正常料进行冶炼生产。
实施例3硅石二氧化硅含量为99wt%，破碎至粒度小于6mm。碳化硅纯度为98wt%，破碎至粒度小于3mm。将硅石和碳化硅以质量比0.75 1进行配比，二者混合均勻。然后送入到压制机中压制成长*宽*高=50mm*40mm*30mm的块体。制成调炉料A3。当冶炼过程中出现炉底上涨、刺火等冶炼异常现象时，将制备好的调炉料A3加入到矿热炉中进行冶炼。随着调炉料冶炼的进行，可以看出，电流逐渐趋于稳定，电极可以慢慢下插，料面透气性明显改善，气体从料面均勻的冒出。当炉况即将转为正常、电极下插接近炉底时，停止调炉料的使用，投入正常料进行冶炼生产。实施例4硅石二氧化硅含量为99wt%，破碎至粒度小于10mm。碳化硅纯度为98wt%，破碎至粒度小于6mm。粘结剂废纸浆将硅石和碳化硅以质量比1.8 1进行配比，加入硅石和碳化硅总质量的10%的废纸浆后，三者混合均勻。取出混合料，在压纸机上将混合料压制成直径为50mm，高60mm的圆柱体和直径为60mm的球体。制成调炉料A4。当冶炼过程中出现炉底上涨、刺火等冶炼异常现象时，将制备好的调炉料A3与工业硅冶炼正常原料按质量比21同时加入到矿热炉中进行冶炼。随着调炉料冶炼的进行，可以看出，电流逐渐趋于稳定，电极可以慢慢下插，料面透气性明显改善，气体从料面均勻的冒出。当炉况即将转为正常、电极下插接近炉底时，停止调炉料的使用，投入正常料进行冶炼生产。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种工业硅冶炼异常处理方法，其包括将调炉料加入到冶炼异常的矿热炉中，在 2350 3000°C的高温下冶炼，直至炉况正常；所述调炉料为包括硅石和碳化硅混合压制而成的块料或者球料，其中硅石和碳化硅的质量比为0.7 1 2.3 1，所述硅石的粒度小于等于10mm，所述碳化硅的粒度小于等于 6mm。
2.根据权利要求1所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述块料或者球料的粒度为15 80mm。
3.根据权利要求1所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述碳化硅的纯度大于97wt%。
4.根据权利要求1所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述硅石中二氧化硅的含量大于98wt%。
5.根据权利要求1所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述硅石和所述碳化硅的质量比为1.0 1 1.8 1。
6.根据权利要求1所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述调炉料还包括粘结剂。
7.根据权利要求6所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述粘结剂为煤浙青、石油浙青、环氧树脂、呋喃树脂、纸浆废液浓缩物等一种或几种。
8.根据权利要求6所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于以硅石与碳化硅的总质量为基准，所述粘结剂占3 15wt%。
9.根据权利要求1所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于还包括同时将工业硅冶炼原料和调炉料一起加入到矿热炉中。
10.根据权利要求8所述的工业硅冶炼异常处理方法，其特征在于所述调炉料和所述工业硅冶炼原料的重量比为0. 1 1 4 1。
全文摘要
本发明属于工业硅冶炼领域，具体公开了一种工业硅冶炼炉况异常的处理方。该方法包括将调炉料加入到冶炼异常的矿热炉中，在2350～3000℃的高温下冶炼，直至炉况正常；所述调炉料为包括硅石和碳化硅混合压制而成的块料或者球料，其中硅石和碳化硅的质量比为0.7∶1～2.3∶1，所述硅石的粒度小于等于10mm，所述碳化硅的粒度小于等于6mm。本发明所提供的工业硅冶炼异常处理方法，不用停炉、简单易行，可以有效解决冶炼过程中异常问题，而且还原剂利用率高，不减少硅的出炉率，热量损失少等优点。
文档编号C01B33/025GK102311117SQ20101021888
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者司雷, 吴绍钿, 沈益顺 申请人:比亚迪股份有限公司